【经验】基于比较器SGM8701YN5G/TR设计的超低功耗电阻监测报警器：功耗50uA，4000mAh锂电池可以用6年

时间： 2019-05-14 来源：世强

技术问答

任何电气场所对接地的要求都很严格，因为接地是否良好会影响设备电气性能，在防静电场所还会带来危险。最初工程师们采用定期检查的方式来确定设备接地是否可靠，通常采用万用表测量接地点和接地桩之间的电阻，以确保其正常。但是这个操作看似简单却需要耗费人力物力，并且如果人忘记检查，难免会出现异常情况。因此需要实时监测接地电阻才能更好的保证设备正常接地。由于是监测位置多无电源，因此设备尽量采用电池供电，要求设备的功耗较低，使用寿命长。

我公司专门研发制造防爆电气场所的接地等的检测设备，根据电阻分压原理研发了一款可以实时监测接地电阻值的设备，其原理是通过单片机自身的的ADC检测功能，读取电阻分压的电压值，换算出当前接地电阻值，换算公式：R_X=（AD*R₁+（AD-1024）*R₂）/（1024-AD），确定当前设备的接地电阻值。原理图如下：

图1 基于电阻分压AD检测原理的接地线电阻监测原理图

电路原理非常简单，采用TI的MSP430系列低功耗单片机，通过单片机的ADC功能读取的电压值，可以测量出接地线到接地桩之间的电阻值。但是，由于设备采用电池供电，单片机的ADC功能的平均功耗在2mA左右，电路电源采用3.6V供电，电阻本身功耗在3mA左右，最终设备的功耗高达5mA，此外设备还需要具备声光报警功能，因此设备的寿命较短，使用4000mAh锂电池，大概使用可以使用1个月左右。为了解决功耗的问题我们需要采用更好的解决方案。

从世强官网了解到圣邦微电子有一款超低功耗的比较器 SGM8701YN5G/TR，最低功耗仅300nA。由于我们的设备在检测电阻超过60Ω时才会产生报警信号，因此可以使用SGM8701YN5G/TR的电压比较器的功能，完美的解决功耗的问题。并且SGM8701YN5G/TR具有1.4~5V的宽范围供电电压，适合采用各种电池供电，专为手持便携低功耗设备而设计。我们的设备采用3.6V能量型锂电池进行供电，供电电流低，要求使用寿面在5年以上，SGM8701YN5G/TR的超低功耗性能，非常适合我们的设备使用。此外SGM8701YN5G/TR具有最高19mA的推挽电流，可以直接驱动LED灯和蜂鸣器发出报警，为我们的单片机节省资源。下图为基于比较器SGM8701YN5G/TR的电阻实时监测报警器原理图：

图2 基于比较器SGM8701YN5G/TR的电阻实时监测报警器原理图

采用MSP430单片机的外部中断功能，连接至SGM8701YN5G/TR的输出接口，当接地线的电阻值超过设定阻值时，SGM8701YN5G/TR可以输出高电平给单片机的外部中断接口，由于MSP430的外部中断功能的功耗可以使用超低功耗模式的LPM3模式，其功耗低至0.1uA，而使用SGM8701YN5G/TR设计的超低功耗电阻监测报警器可以做到功耗50uA左右，采用4000mAh的能量型一次性锂电池可以保证使用寿命高达6年左右，完全满足我们设备5年寿命的要求。期间不用更换电池，为客户提供了极大的方便。

此外特别值得注意的是，比较器的电阻需要采用0.1%以上的精度，这样才能保证设备的检测精度误差在±2Ω左右。因此当接地线断开时，比较器Vin+电压高于Vin-电压，Vout输出高电平出发声光报警，提示相关人员。

图3 基于比较器SGM8701YN5G/TR的电阻实时监测报警器实物图

利用SGM8701YN5G/TR实时监控电阻值的变化是比较器的最常用的功能之一，除了具有300nA超低功耗以外，还具有6us的快速响应性能；小型封装，也可以让其适用于手持电子和移动电话应用。SGM8701YN5G/TR通常被应用于RC定时器、窗口探测器、红外接收器、多谐振荡器、报警和监控电路等应用中。